第02章 水准测量

第二章水准测量郑州交通职业学院第二章水准测量主要内容：水准测量原理、水准仪的构造及使用、水准测量的施测方法及成果整理、仪器的检验与校正。主要目的：了解水准测量原理、测量仪器与测量工具，掌握地面点位高程测量过程。重点内容：水准测量原理、施测方法、成果计算。测定地面点高程的工作称为高程测量。§2-1.水准测量原理水准测量是测出两点间的高差。即在两个点上分别竖立水准尺，利用水准测量的仪器提供的一条水平视线，瞄准并在水准尺上读数，从而求得两点间的高差。前进方向水平视线大地水准面HiHAHBAB后视尺前视尺bhabbahABABba0ba0AB0低于同高＝高于bahAB如图，已知HA，求HB？（1）高差法：根据水准仪提供的水平视线在A点水准尺上读数为a（后视读数），B点水准尺上读数为b（前视读数），则HB=HA+hAB=HA+(a-b)在计算高差hAB时，一定要注意hAB的下标：hAB表示A点至B点的高差。§2-1.水准测量原理前进方向水平视线HAHBA后视尺前视尺bhAB大地水准面B§2-1.水准测量原理前进方向图2.1大地水准面HA+aHAAaHBhABbB例1：图中已知A点高程HA=452.623m，后视读数a=1.571m，前视读数b=0.685m，求B点高程。解：B点对于A点高差：hAB=1.571－0.685=0.886mB点高程为：HB＝452.623＋0.886＝453.509m§2-1.水准测量原理（2）视线高法：B点高程也可以通过水准仪视线高程Hi（也称为仪器高程）来计算，即Hi=HA+a则HB=(HA+a)-b=Hi-b水平视线HAHBA后视尺前视尺b大地水准面BhAB前进方向Hi§2-1.水准测量原理例2：图2.3中已知A点高程HA=423.518m，要测出相邻1、2、3点的高程。先测得A点后视读数a=1.563m，接着在各待定点上立尺，分别测得读数b1=0.953m，b2=1.152，b3=1.328m。解：先计算出视线高程Hi=HA+a=423.518＋1.563＝425.081m各待定点高程分别为：H1＝Hi－b1＝425.081－0.953＝424.128mH2＝Hi－b2＝425.081－1.152＝23.929mH3＝Hi－b3＝425.081－1.328＝23.753m高差法和视线高法的测量原理是相同的，区别在于计算高程时次序上的不同。在安置一次仪器需求出几个点的高程时，视线高法比高差法方便。§2-2.水准测量仪器和工具水准测量所使用的仪器为水准仪，所使用的工具为水准尺和尺垫。水准仪按其精度划分为四个等级：精密水准仪DS05、DS1；普通水准仪DS3、DS10下标的数字代表仪器的测量精度（每公里往返测高差中数的中误差n毫米，即精度）。水准仪按其构造可分为三种：微倾式水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪。目前，普通工程测量中最常用的水准仪是：DS3微倾式水准仪（或DS3自动安平水准仪）§2-2.水准测量仪器和工具一、DS3微倾式水准仪的构造132765498101412131115161.微倾螺旋；2.分划板护罩；3.目镜；4.物镜调焦螺旋；5.制动螺旋；6.微动螺旋；7.底板；8.三角压板；9.脚螺旋；10.弹簧帽；11.望远镜；12.物镜；13.管水准器；14.圆水准器；15.连接小螺钉；16.轴座§2-2.水准测量仪器和工具一、DS3微倾式水准仪的构造作用：为测量高差提供一条水平视线组成：望远镜、水准器、基座望远镜水准器基座§2-2.水准测量仪器和工具一、DS3微倾式水准仪的构造1.望远镜（1）组成：物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板、物镜对光螺旋、目镜对光螺旋（2）作用:瞄准目标，提供水平视线CC视准轴CC：物镜光心与十字丝交点的连线。§2-2.水准测量仪器和工具一、DS3微倾式水准仪的构造1.望远镜2.水准器（1）管水准器：用于仪器精平（2）圆水准器：用于仪器粗平§2-2.水准测量仪器和工具一、DS3微倾式水准仪的构造1.望远镜2.水准器（1）管水准器：用来指示视准轴是否水平水准管轴LL：过水准管零点所作圆弧面的纵切线。水准管分划值：是水准管表面2mm圆弧所对应的圆心角。气泡居中：气泡零点与水准管零点重合。RoLL2062652R2mm0点§2-2.水准测量仪器和工具常采用符合水准管系统——目的是提高水准管气泡居中的精度微倾螺旋符合气泡符合尚未符合2mm§2-2.水准测量仪器和工具一、DS3微倾式水准仪的构造1.望远镜2.水准器（1）管水准器（2）圆水准器：用来指示仪器竖轴是否竖直圆水准器轴：过圆水准器零点所作圆球面的法线LLLL§2-2.水准测量仪器和工具一、DS3微倾式水准仪的构造1.望远镜2.水准器3.基座基座通过连接螺旋与三脚架相连。基座用于支承水准仪上部，水准仪旋转轴插入基座轴套可自由旋转。基座上的三个脚螺旋用于调节圆水准气泡。仪器竖轴VV：就是水准仪的旋转轴。基座三脚架VV§2-2.水准测量仪器和工具二、水准尺和尺垫水准尺有双面尺和塔尺两种标准水准尺为一对双面尺，其中:A尺和B尺黑面0－3m;A尺红面4.687－7.687m,B尺红面4.787－7.787m。尺垫半球形顶部用来竖立水准尺，并标志转点位置。§2-2.水准测量仪器和工具三、水准仪的使用水准仪的使用包括仪器的安置、粗略整平、瞄准水准尺、精平和读数等操作步骤1.安置水准仪2.粗略整平：调节三个脚螺旋使圆水准器气泡居中，气泡移动的方向始终与左手大拇指的运动方向一致。abc§2-2.水准测量仪器和工具三、水准仪的使用1.安置水准仪2.粗略整平3.瞄准水准尺：首先转动目镜调焦螺旋使十字丝清晰，转动望远镜瞄准水准尺，再转动物镜调焦螺旋使目标清晰。注意消除视差！什么是视差？产生的原因？如何消除？当眼睛在目镜端上下微微移动时，若发现十字丝与目标像有相对运动，这种现象称为视差。§2-2.水准测量仪器和工具三、水准仪的使用1.安置水准仪2.粗略整平3.瞄准水准尺4.精平与读数在每次读数之前，都应注视符合水准气泡观测窗，转动微倾螺旋使水准管气泡居中。读数：仪器精确整平后，即可用十字丝横丝（即中丝）在水准尺上读数。微倾螺旋§2-2.水准测量仪器和工具三、水准仪的使用1.安置水准仪2.粗略整平3.瞄准水准尺4.精平与读数读数：0.730§2-3水准测量的实施及成果整理一、水准点及水准路线1.水准点使用方便，便于保存。设置：永久性；临时性表示：法建立的高程控制点。定义：用水准测量的方(3))2()1(AB12BM国家等级水准点一般水准点§2-3水准测量的实施及成果整理一、水准点及水准路线1.水准点2.水准路线：在两水准点之间进行水准测量所经过的路线称为水准路线。水准路线的布设形式：闭合水准路线、附合水准路线、支水准路线。§2-3水准测量的实施及成果整理一、水准点及水准路1.水准点2.水准路线：1BM.A234闭合水准路线支水准路线BM.A12附合水准路线BM.ABM.B123§2-3水准测量的实施及成果整理二、水准测量的实施转点：如果两点间高差较大或相距较远，仅安置一次仪器不能测得它们的高差，这时需要加设若干个临时的立尺点，作为传递高程的临时点。连续水准测量：依次连续地在两个立尺点中间安置水准仪来测定相邻各点间高差，最后取各个测站高差的代数和，即求得两点间的高差值。观测步骤§2-3水准测量的实施及成果整理二、水准测量的实施观测步骤已知HA，求高程HB，中间临时放置标尺的过度点1，2….称为转点,起高程传递作用,常用ZD表示，实测时转点上应使用尺垫。•每测站高差：•各测站高差之和：•待定点B点高程：iiiABbahhABABhHH施测方法iiibah§2-3水准测量的实施及成果整理二、水准测量的实施施测方法BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前进方向1.1341.677TP1h1=-0.543§2-3水准测量的实施及成果整理二、水准测量的实施普通水准测量记录表0.7182.20950.5831.2681.425ZD1∑a–∑b=5.358–3.867=1.491∑h=2.209–0.718=1.491HB–HA=51.491–50.000=1.491HB–HA=∑h=∑a–∑b(计算无误)计算检核3.8675.358Σ51.4910.346B50.6181.5811.219ZD351.3360.6720.863ZD2HA=50.000m50.0000.5830.7530.8731.851A–前视+后视备注高程（m）高差标尺读数（m）测点0.718§2-3水准测量的实施及成果整理三、水准测量的检核方法1．计算检核计算检核只能检查计算是否正确，并不能检核观测和记录时是否产生错误。2．测站检核变动仪器高法：是在同一个测站上用两次不同的仪器高度，测得两次高差以相互比较进行检核。双面尺法：是仪器的高度不变，而立在前视点和后视点上的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数，测得两次高差，相互进行检核。hbahHHAB§2-3水准测量的实施及成果整理四、水准测量的成果整理1.计算高差闭合差附合水准路线高差理论值：高差闭合差：闭合水准路线高差闭合差：支水准路线高差闭合差：：ABHHh理h2)(ABihHHhfBMA1234⊗0理hihhhhf理测返往hhfh返往§2-3水准测量的实施及成果整理四、水准测量的成果整理1.计算高差闭合差2.高差闭合差容许误差式中，L为水准路线长度，以公里计；为测站数。等外水准测量山地：平地：国家四等水准测量山地：平地：mmnfh12容mmLfh40容mmnfh6容mmLfh20容§2-3水准测量的实施及成果整理四、水准测量的成果整理1.计算高差闭合差2.高差闭合差容许误差3.判断闭合差是否超限：4.闭合差的调整闭合、附合水准路线：与测站数（或距离）成正比例反符号进行分配：5.高程的计算闭合、附合水准路线：支水准：容许hhffiihiihinnfSSfv；；2212111vhHHvhHHA2/)(112返往平hhHhHH§2-3水准测量的实施及成果整理四、水准测量的成果整理例:如图，BM.A和BM.B为已知水准点，按普通水准测量的方法测得各测段观测高差和测段路线长度分别标注在路线的上、下方。将计算成果列于表中。+3.035-0.025+3.0606.25Σ9.578BM.B+1.332-0.008+1.3402.058.2463-1.431-0.007-1.4241.609.6772+1.805-0.008+1.8132.007.87216.543+1.329-0.002+1.3310.60BM.AH(m)h(m)v(m)hi(m)L(km)点号解：§2-3水准测量的实施及成果整理§2-3水准测量的实施及成果整理1.计算高差闭合差2.判断闭合差是否超限3.计算各测段观测高差的改正数4.计算各测段的改正后的高差:5.计算各点的高程值mmmHHhfABh25025.0)543.6578.9(060.3)(mmmmLfh10025.64040容容hhffihllfilViiivhh''212'11hHHhHHA；§2-4DS3型水准仪的检验与校正一、水准仪轴线及其应满足的几何条件1.四条轴线视准轴CC水准管轴LL圆水准轴L'L'竖轴VV2.应满足的三个条件（1）L'L'//VV（2）横丝⊥VV（3）LL//CC(主要条件)CCLLVVL'L'§2-4DS3型水准仪的检验与校正二、检验与校正1.圆水准轴平行于仪器竖轴的检验